인터넷 에서 컬러판으로보실수있습니다 집필 김현란 변영웅 이병서 조우석 이동현 도깨비방망이 프린터 본지의내용을인용할때에는 반드시출처를명시하여주시기바랍니다 목 차 요약 현대판도깨비방망이 프린터의눈부신활약 시사점
RDA Interrobang (No. 141) The Magic Wand, 3D Printer Kim Hyun Ran Byeon Young Woong Lee Byong Seo Cho Woo Suk Lee Dong Hyun Rural Development Administration 김현란 농촌진흥청 연구성과관리과 변영웅 농촌진흥청 연구정책과 이병서 농촌진흥청 수출농업지원과 조우석 농촌진흥청 연구성과관리과 이동현 농촌진흥청 연구성과관리과
현대판도깨비방망이 요약 프린터는잉크대신합성수지 분말 세포등을얇은두께로층층이쌓아일정한모양을만들어내는일종의공작기계이다 미국의찰스헐 이기본원리를착안하고 년최초의 프린터 를개발하였다 이후이기술의가능성을눈여겨본대학과기업들의참여로다양한제품들이물밀듯이출시되었다 시장조사기관들은 년까지최대 억달러 조 천억원 에이를것으로전망하고있다 프린터의눈부신활약 의료 환자의세포를이용하는 바이오잉크 를입체적으로쌓아신장 귀 뼈등의인공장기를만드는기술이탄생하였다 또한 자기공명영상법 과결합하여고난도수술의성공가능성을높이고있다 또한환자의신체구조에정확히맞는보조기구도개발되고있다 자동차 항공우주 자동차분야에서는이미수십년전부터시제품을제작하는데이용해왔고 최근에는완성차까지만들어지고있다 항공분야에서는엔진등부품을만들고 여객기의무게를줄이는데활용중이다 우주분야에서는작업에필요한공구에서부터인공위성망원경을제작하는데에도이용되고있다 주얼리 패션 개도국의낮은수공비때문에어려움을겪는선진국의주얼리업체의수요가증가하고있다 패션에서는완성에이르는시간의단축과주문량및디자인변경에대한능동적대응이가능하다 농업 유수의농기계업계에서는 프린팅을이용하여시제품을만들고 고가의농기계부품을대체하는기업도탄생했다 뿐만아니라병해충종합관리시스템 토양연구 도시농업분야에서도많이응용되고있다 식품 미세조류 배양육 식용곤충등을원료로하여식량문제를해결하기위한다양한연구가진행중이며 기존과는전혀다른형태의식품이탄생할수있는기회도만들어지고있다 시사점 지금은농식품분야의 프린팅과관련한소재 제품 서비스에관한아이디어와원천기술을확보할시기로판단된다 연구개발분야에서는제품 서비스의광범위한탐색과바이오프린터의원료및공정기술개발을준비할필요가있다 또한정책에서는농축산물기반의소재개발및관련산업육성을위한투자및지원책마련이필요하다
현대판도깨비방망이 프린터란무엇인가 기존프린터가종이위에글씨나그림을찍어내는인쇄라면 프린터는입체적인물건을만들어낸다는것이가장큰차이 잉크대신합성수지 분말 세포등을얇은두께로층층이쌓아일정한모양을만들어내는일종의공작기계 반면보통인쇄물은종이위에얇게잉크가입혀지거나종이에흡수된형태이기때문에문서나사진등을출력하는데사용 원리는컴퓨터가 차원의설계도를읽고명령을내리면 프린터가그대로결과물을만들어내는간단한방식 입체적인모양을만드는 프린팅은크게첨가형과절삭형의 가지로나눌수있으며 첨가형이크게성장 첨가형 적층형 이란파우더나액체 실 형태의재료를녹인후얇은막을만들어계속쌓아올려완성하는방법 절삭형은재료를드릴 둥근날등으로깎아가며모양을만드는방식으로이미수치제어기계등에서일상화된기술
프린터 어디서왔을까 찰스헐 보통 이라부름 이물체의표면에수지를입히고자외선 을쐬어굳히는작업을하던중에착안 이를더욱발전시켜 년디지털데이터에서 로된실제물건을프린트할수있는기술을개발 년이기술을스테레오리도그라피 라명명하고특허를취득 년 시스템즈사를공동창업하고최초의 프린터장비 를출시 년스콧크럼프는가늘게만든고체재료를노즐에서녹여엷은막으로쌓아모양을만드는기술을개발 적층법 을특허출원한후 년스트라타시스 사를설립 프린터의가능성을눈여겨본회사들의참여로기존의단점을보완하거나용도를달리한제품들이물밀듯이출시 년 헬리시스사 를시작으로독일의 사 텍사스시스템대학등이독자기술을개발
얇은플라스틱시트나필름형태의재료를절단후쌓아붙이는 분말재료를접착제나레이저로녹여붙이는 방식등 공대는분말화된소재를이용하여오늘날의잉크를분사하는프린터와원리가유사한프린터를개발 코포레이션은 와기술독점계약을체결하고이를상용화하여 년세계최초의고화질컬러 프린터를개발 년까지현재사용되는대부분의기술이개발되었으며 각기업은 차로소재개발과소형화 단순화개발을시작 그간건축설계 기계설계등에주로쓰이던 등을 프린터에맞도록개량한프로그램들이대거출시 년오브젯지오메트리사 이스라엘 는서로다른성질을가진재료를동시에사용할수있는멀티젯 기술을개발 년에는작업속도가 배이상빨라졌으며 네덜란드멀티메이커 기기의소형화 재료의다양화가급진전
서양에서온도깨비방망이 년미 소비자가전박람회 에서 엄청난관심을받으며본격적으로등장 초고화질 스마트 웨어러블 자동차등이본격적인시장을 형성할것으로주목받았으며 차세대기술로는 프린터가등장 년에는주로산업현장에서어떤일을할수있는가를다양 하게보여주어기대감을높임 만 년이지난 년 에서는발전한기술 새로운영역 저렴해진 가격을무기삼아일반인의엄청난관심을불러일으킴 불과 년에가격이 수준으로낮아지고 프린팅을 위한손쉬운소프트웨어도제공되면서대중화의첫발을내딛음 유네스코 의 세상을바꿀기술 에서도 년부터 년까지연속선정 년첫등장부터 년까지 프린터를사용할수있는 새로운기술들이계속등장 년눈으로보이는광경을 설계도로만들고재현해내는 프린팅기술 년도시계획 년의료및배터리등신기술이등장
폭발적으로성장중인 프린터시장 시장조사기관들은 프린터가실질적인다품목소량생산과맞춤형 제조를가능하게할것이며 미래의성장산업이될것으로평가 전세계의 프린터와관련한시장규모는 년최대 억달러 조 천억원 에이를것으로전망 년 억달러이던것이연성장률 를지속하면서 년 에는현재의 배이상으로커지게될것 년 억달러 조 천억원 에이를것으로전망 되며 년 억 천만달러시장에서연평균 이상증가 프린터의출하량은 년이후지속적으로증가하여 년 에는 만대가넘을것 미국의경우 우주항공및의료분야의급격한수요 증가에힘입어 년 억달러 조 천억원 까지성장전망 년현재시장규모는 억달러이며 매출액대비이익은 수준으로판단
성장을지원하기위한선진국의정책동향 빠르게성장하는시장에대응하기위하여 이를지원하기위한투자 뿐만아니라인적자원의교육에도노력 한국보건산업진흥원 미국 프린팅기술을미래제조업분야의핵심기술로선정 하였으며 이와관련한법령을정비하고산학연계를추진중 대학과지방정부가함께 제조업혁신을위한컨소시엄 을설립 하고총 억달러에달하는투자계획을발표 년최초의민관공동제조혁신재단이면서 프린팅관련 전용연구기관인 오하이오주영스타운소재 을설립 유럽 유럽위원회 는제조업의활성화와경제의지속적인 성장을이루기위한전략을개발하고투자를논의 영국은 프린팅에 만파운드 억원 를투자하고 만 세 학생교육에 프린팅을필수과목으로도입 일본 년경제산업성주도로 프린터개발계획을발표 산업기술종합연구소가 프린터개발프로젝트 억원 를 총괄하고 시메트등민간기업이역할을나누어기술을개발 년대학과기술학교에 프린팅기술의도입을위한예산을 지원하고 년까지중등및고등학교에까지지원할예정
프린터의눈부신활약 치료하는 프린팅 첨단의기술을활용해세포로만든인공장기 고난도수술의보조 그리고장애인의의료보조에도활용하는기술들이속속출현 인공장기 잉크대신에환자의세포를이용하는 바이오잉크 를입체적으로쌓아인공장기를만드는대학및회사들이등장 의안소니아탈라 박사팀은세포로만든신장 콩팥 귀 지지체 인공뼈등을개발 사는 라는의약품연구를목적으로하는 간 조직 을최초로상용화 사는유방암이후유두 의재건수술을위해 환자의지방에서추출한줄기세포를활용 사는이식가능한 인공혈관 을개발하기위해사가대학및도쿄부립의과대학과공동프로젝트를진행 사는대형사고등으로안면및척추에골절을입은환자들을위한보형기술로서 프린팅기술을도입
수술보조 기존의 자기공명영상법 기술과결합하여수술부위를실제와같이구현하여고난도수술의성공확률을높임 미국캘리포니아주립대의대에서는샴쌍둥이분리수술에 프린팅기술을이용해충분한연습을거친후단시간에수술성공 모건스탠리아동병원에서는 주밖에되지않은영아의기형심장수술을위해심장모형을만들어사용 의료보조기 환자의신체구조에정확히맞고 인체부작용을최소화할수있는물질을이용한보조기구도개발 우리나라의포디웰컴 사는사고로다리를잃은반려견과반려묘의다리를복원한의족을만드는데성공 덴마크의 사는 프린팅을활용한환자맞춤형보청기를제작하여유럽특허청의특허상을수상 미국미시간대에서는 기관기도연화증 을앓고있는아기의기관지에 프린팅으로만든생분해성물질의기도부목을장착
뛰고나는 프린팅 전통적인자동차뿐만아니라항공 국방 우주분야에이르기까지 다양한제조업분야에서영역을계속개척하고있는중 자동차 이미수십년전부터시제품의제작에 프린팅기술을 도입해왔으며 최근에는완성차까지탄생 포드 등외국유수의자동차업체들뿐만아니라현대 자동차등우리나라에서도 년대이전부터기술을이용 로컬모터스는 년북미국제오토쇼에서 최초의 프린팅된 전기자동차 스트라티 를선보임 슈퍼카생산업체코닉세그 는 년 원 의 터보차저 배기구등의생산에 프린팅을도입할것이라선언
항공 향후 년후 억에서 억달러까지시장이확대될것으로전망 에어버스 에서는여객기의무게를 까지줄이기위해중국의서북공업대학교 와 년프로젝트협약을체결 제너럴일렉트로닉스 사는제트엔진 의노즐을만들기위해 천만달러 억원 를투자 록히드마틴사의 와다소 사의 의날개부품의제작에도 프린팅기술이이미도입 우주 우주정거장내의작업에필요한공구에서부터인공위성에서쓰이는망원경을제작하는데까지여러모로활용중 국제우주정거장 에서의다양한작업에필요한공구를우주왕복선을통하지않고도전송이가능 우주용망원경을제작하는경우 기존에비해부품수를줄이면서도더안정적인구조가가능
입고걸치는 프린팅 다양한디자인을원하는소비자들의수요변화에능동적으로대응하면서도생산비와시간을절약할수있는강점을보유 주얼리 개도국의낮은수공비때문에어려움을겪는선진국업체를중심으로수요가증가 컴퓨터를이용해디자인하고 프린팅으로제품을확인하여완성품을주조하고소비자에게전달하는시간이 일로단축 수공 으로하는경우에는쉽지않았던디자인의구현도용이해져비용절감이가능 패션 시간절약과비용절감등패션산업에도지대한영향을줄것으로전망 완성에이르는시간이단축되고 주문량에대응하기도수월해지며 디자인의변경도용이해질것 그러나디자인의특허권에대한논란이끊이지않을것으로판단
심고가꾸고수확하는 프린팅 이미선진국에서는농업현장에서농기계 보수및개량 해충방제 토양연구뿐만아니라도시농업에도적용 농기계 유수의대기업에서는 프린팅을이용하여시제품을 만들고있으며 고가의농기계부품을대체하는기업도탄생 사에서는종자파종기 를제작 하는데사용하였으며 향후신제품제작에도이용예정 사와협력하고있는 북아이오와대학교 의주금 센터에서도새로운트랙터디자인에활용 부품생산업체인 사에서는대형농기계의수리가필요 할때 농기계의회사별로특정부분의부품을저렴하게생산 판매
해충방제 해충의생태를이해하여 병해충종합관리시스템 을갖추기위한작업에도활용 플로리다오렌지산업의골칫거리인 귤나무이 를포집하기위한트랩 을개발하는데성공 토양연구 복잡한토양생태계를분석할때 토양구조가과도 하게파괴되던한계를극복 토양을입체적으로복제할수있으므로 토양의기하학적구조를 들여다볼수있고 미생물들의상호작용에대한평가가가능 도시농업 방식으로 가정의화단이나베란다에서도수경재배 가가능한시스템을구성하는데에이용 은도시민들에게농사의즐거움을전달하고 교육의장 을마련한다는취지의서비스를 년런칭
먹고마시는 프린팅 프린팅을활용하는음식의제조는식량부족을해결할수있는대안이되고 식품업계에도새로운경제적기회를제공할것 식량공급에이용되는토지 삼림 늪지등에대한환경부담을줄이면서필요한열량공급이기대 미세조류 를맞춤형으로조합하여프린팅하는 알게리움바이오프린터 를영국센트럴마틴스예술대에서개발중 식육생산업을대체하고향후 년내에충분한양의고기를공급하기위해 사가합성고기프린팅을연구중 뿐만아니라런던사우스뱅크대학 에서는식용곤충을이용해 프린팅으로파이나빵등을제조하는연구도진행 포브스 지는식품산업을 프린팅의성장으로가장큰혜택을보게될분야로지명 액체나파우더형태의재료가혼합되어 기존과는전혀다른형태의식품이탄생할수있고식재료회사의로고인쇄도가능 인체에유익한유기분자 들을첨가할수도있고창의적인요리법의공유도가능할것으로전망
시사점 프린팅은미래산업의형태라는인식이중요 프린팅기술은신기술에환호하는사람들의호사스런취미가아니라중요한산업기술로국가의역할이매우중요 전세계에서앞다투어투자하는이유는기존산업체계의개념과형태를바꿀뿐아니라엄청난부가가치가존재하기때문 기존산업간경계의의미가없어질뿐아니라소비자간의정보교류 지식나눔을통해신영역까지만들어내는새로운산업 미래선도를위한연구개발과정책이필요 프린팅과관련한농식품분야의소재 제품 서비스등에관한아이디어와원천기술을확보하는연구와정책을준비할시기 농업에적용가능한 프린팅제품 서비스의광범위한탐색과바이오프린터의원료및공정기술개발이중요 다양한고객별필요제품을조사하고 현장주체들과의협력 소통을통한공동연구체계도필요 정책 농축산믈기반의 프린팅소재개발및관련산업육성을위한투자및지원정책마련이필요 프린팅식품 소재의안전성을확보할수있는규정및관리 재료 소재 의표준화등의기준마련 농업인의아이디어발굴및창업을돕기위한교육등활용확산을위한인프라구축도고려
[ 부록 ] 3D 프린팅기술의개요 분류재료종류기술명조형방식특징 - 찰스헐 (Charles Hull) 고안 액체 기반 형 액체형태의재료 ( 액체형태의포토폴리머플라스틱을원료로사용 ) SLA (Stereolithography) - 레이저나강한자외선을 이용하여재료를순간적 으로경화하여형상제작 - 1988 년 3D Systems 사에의해도입 - 조형속도중간정도 - 가장널리쓰이는기술로, 미국 3D Systems 사의 SLA 시스템이대표적 분말 형태 형 미세한플라스틱분말, 모래, 금속성분의가루등 ( 나일론, 유리섬유, 트루폼, SOMOS 등다양한원료와금속성원료 ) SLS (Selective Laser Sintering) - 분말형태의재료를가열한후결합하여조형 - 재료형태따라접착제를사용하거나레이저를사용하는프린터가있음 - 텍사스시스템대학연구진에의해개발 - 조형속도빠름 - 미국 3D Systems 사의 SLS 시스템 - 독일 EOS 의 SLS시스템 와이어또는필라멘트형태의재료 (ABS, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 왁스등 ) FDM (Fused Deposition Modeling) - 필라멘트등열가소성재료를열을가해녹인후노즐을거쳐압출되는재료를적층하여조형 - 미네소타 Staratasys 사에의해개발 - 조형속도가느림 - 미국 Staratasys 사의 FDM 시스템 고체 기반 형 왁스성질을가진팰릿 ( 작고둥근알또는 Polyjet - 재료를헤드에서녹여 노즐을통해분사 - 이스라엘 Objet 사의 Polyjet 시스템 - 미국 Staratasys 사의 공모양의알갱이 ) Objet500 Connex3 제품 얇은플라스틱시트나 필름형태의재료 LOM (Laminated object manufacturing) - 플라스틱시트를접착 하면서칼을사용해 절단후적층하여조형 - 미국 Helisys 사의 LOM 시스템
RDA 인테러뱅 INTERROBANG 2011. 1. 12. 창간 발행인 : 이양호편집인 : 최유림 조우석 이동현발행처 : 농촌진흥청전라북도전주시완산구농생명로 전화 전송 인쇄처 : 전우용사촌 주 ISSN: 발간등록번호 : 본지에게재된내용은필자개인의견해이며농촌진흥청의공식입장과일치하지않을수도있습니다 본지의내용을인용할때에는반드시출처를명시하여주시기바랍니다